裸藻替代豆粕對綿羊甲烷排放和氮效率的影響

岳玉秀

（吉林工程職業學院，吉林四平 136001）

畜牧業在氣候變化中扮演重要角色，據估計占全球人為溫室氣體排放的14.5%。通過營養調控減少甲烷排放是很有前途的方法。大量營養和毒理評價已證明藻類生物作為飼料原料的可行性（Becker，2004）。微藻含有多種生物活性化合物，Vaz等（2016）報道了這些微生物在食品、動物飼料、化妝品行業、色素和添加劑生產中的潛力。由于微藻的二氧化碳生物固化能力強，有助于減少溫室效應。此外，微藻不與糧食作物競爭土地資源，不需要耕地，同時可以利用廢物作為繁殖養料。大豆副產品豆粕是家畜的主要蛋白質原料，但這種原料的價格波動較大。因此，使用微藻生產生物柴油的潛力越來越受到人們關注，特別是因為一些微藻每公頃產出的油是大豆的150倍（Satyanarayana等，2011）。裸藻是一種微藻，可以產生多種對人體健康至關重要的維生素和氨基酸。Aemiro等（2016）體外研究中發現，裸藻可以降低瘤胃原生動物種群數量和甲烷排放量，同時在干物質基礎上添加多達10%的裸藻，除了可以減少甲烷排放外，還可以顯著提高干物質和有機物的消化率。但目前關于裸藻對綿羊甲烷排放抑制效果的研究并不多，因此，本研究評估了日糧中不同水平的裸藻替代豆粕對在綿羊甲烷排放和氮效率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與設計 試驗選取4只初始體重為（53.8±4.6）kg的綿羊，采用4×4拉丁方設計。每只綿羊被放置在一個帶有通風的呼吸收集罩的單獨代謝籠中，每天早上8點30和下午4點30各飼喂一次，飼料精料（濃縮料）和粗料（牧草）按照7∶3的比例投喂，綿羊可以自由舔舐礦物鹽塊（1732 mg氧化鐵，1104 mg硫酸銅，377 mg硫酸鈷，66 mg硫酸鋅，1235 mg碳酸錳，1046 mg碘酸鈣，77 mg亞硒酸鈉，33 mg氯化鈉）。試驗日糧化學成分組成見表1。

表1 試驗日糧化學成分組成

1.2 試驗程序 該試驗進行了84 d，每21 d為1個周期，包括14 d的適應期，隨后進行5 d的消化試驗和2 d的24 h開放循環呼吸試驗，以測量氣體交換。在每個周期內收集5 d的糞便和尿液，并對每個處理的糞便樣本進行混合和采樣。樣本在60℃烘箱中干燥48 h，研磨粉碎后過1 mm的篩子進行后續實驗室分析。將尿液收集到裝有100 mL硫酸的桶中，將pH降至3.0以下，防止細菌對氮化合物的降解。約50 mL/L的尿液樣本被再次采樣，并儲存在-20℃，以供分析。樣品在135℃干燥2 h后進行干物質、有機物、灰分、粗脂肪、粗蛋白質、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維分析。樣品的總能用氧彈式熱量計測定。

1.3 數據計算 將呼吸系統獲得的總甲烷氣體的體積用換算系數39.54 kJ/L轉換為總能值。消化能計算為能量攝入與糞便能量之差，甲烷能量損失為L/day×39.54 kJ/L排放的CH4。氮沉積量（g/d）為日糧總氮攝入量與糞、尿總氮攝入量之差，氮效率為總氮沉積量除以總氮攝入量×100。飼料效率為日平均增重除以日干物質攝入量×100。

1.4 統計分析 采用SAS軟件對體內研究獲得的數據進行方差分析，模型為Yij=μ+ Ti + eij，其中Yij因變量，μ是總體平均值，Ti為固定處理因素，Ai是隨機效應，Pi為時間效應，eij為殘差。各組均值的標準誤差采用SAS軟件中的最小二乘均值法確定。P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 裸藻替代豆粕對綿羊養分攝入量和消化率的影響 由表2可知，日糧裸藻替代豆粕水平對綿羊干物質和有機物的攝入量無顯著影響（P＞0.05），但隨著裸藻添加水平的升高，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗蛋白質攝入量表現為顯著線性降低（P＜0.05）。總能攝入量隨裸藻替代豆粕的量升高而線性升高（P＜0.05）。

由表3可知，日糧裸藻添加水平對干物質和總能表觀消化率無顯著影響（P＞0.05），但有顯著下降趨勢（P=0.06）。隨著日糧裸藻替代豆粕水平的升高，有機物、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗蛋白質表觀消化率顯著降低（P＜0.05）。

表2 裸藻替代豆粕對綿羊養分攝入量的影響

表3 裸藻替代豆粕對綿羊養分表觀消化率的影響%

2.2 裸藻替代豆粕對綿羊甲烷排放和能量損失的影響 由表4可知，當甲烷排放量以L/d、g/d、L/kg干物質攝入量、g/kg干物質攝入量和甲烷能量損失（占總能攝入量百分比）表示時，隨著日糧裸藻添加水平的升高，甲烷排放量呈顯著線性和二次曲線下降（P＜0.05）。

表4 裸藻替代豆粕對綿羊甲烷排放的影響

如表5可知，糞便能量損失占總能攝入量的比例在25%～28%之間，裸藻添加水平對其無顯著影響（P＞0.05），但它顯示出線性升高趨勢（P=0.06）。另一方面，能量損失通過甲烷排放占總能攝入量比例表示時顯著降低（P＜0.05）。

2.3 裸藻替代豆粕對綿羊蛋白利用效率的影響 由表6可知，100%豆粕添加組（對照組）粗蛋白質攝入量較高，且隨裸藻添加水平的升高，粗蛋白質攝入量顯著降低（P＜0.05）。糞蛋白損失量與蛋白質攝入量之比隨裸藻添加水平的升高而線性升高（P＜0.05），糞蛋白損失（g/d））呈線性增加（P＜0.05）。另一方面，尿蛋白損失（g/d和占總蛋白攝入的比例）隨裸藻添加水平的增加呈線性和二次曲線下降（P＜0.05）。總蛋白損失占總蛋白攝入的比例隨裸藻添加水平的升高而顯著降低（P＜0.05），蛋白效率線性增加（P＞0.05），但對飼料效率和日增重無顯著影響（P＞0.05）。

表5 裸藻替代豆粕對綿羊能量損失的影響

表6 裸藻替代豆粕對綿羊蛋白利用、損失和沉積的影響

3 討論

本研究以苜蓿干草為基礎飼料，采用不同比例的褐藻代替豆粕，評估其對綿羊甲烷排放、采食量、消化率、能量損失和氮效率的影響。瘤胃中發酵碳水化合物的量和產生丙酸與醋酸的比例是產生甲烷的兩個因素，日糧脂質影響腸道甲烷排放取決于脂質添加水平、脂肪酸鏈長度及脂質與基礎日糧成分之間的相互作用。在本研究中裸藻替代豆粕，以g/甲烷kg干物質攝入量或L甲烷/kg干物質攝入量表示甲烷排放，結果發現，甲烷排放降低37%。同樣，與對照組相比，以L/d、g/d或mL/min/代謝體重表示的腸道甲烷排放，結果發現，排放量降低了34%，這是由于裸藻中脂肪濃度較高可能會減少瘤胃發酵，從而影響有機質和纖維的消化率，同時降低甲烷的產量，這與Hristov等（2013）的研究結果一致。在體內研究中，與Patra（2014）研究報道相比，腸內甲烷排放在日糧脂肪添加比例相對降低，這種變化可能與飼料與精料比例或脂質來源的差異有關。在本研究中，我們觀察到裸藻組中甲烷的能量損失占豆粕總能量攝入量的11%，而裸藻以60%替代豆粕后能量損失降低到7%，這說明用裸藻代替豆粕，除了可以減少腸內甲烷排放外，還可以減少甲烷帶來的能量損失，提高能源效率。

Grainger等（2011）發現，日糧脂肪對采食量、消化率和瘤胃發酵的影響各不相同，這可能與脂肪類型、濃度、日糧成分和動物種類有關。本研究中，用裸藻代替豆粕會引起日糧脂肪含量發生變化，但并不影響干物質、有機物、粗蛋白質、總能和纖維的攝入量。同時，我們發現有機物、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維表觀消化率降低，干物質和總能表觀消化率有降低趨勢，這與Huws等（2010）的研究結果一致。在反芻動物日糧中添加脂肪被廣泛用于增加日糧能量水平，以提高動物的性能。Hess等（2008）報道，由于產生甲烷而損失的能量攝入量估計占總能量攝入量的2%～12%之間。隨著本研究綿羊日糧裸藻添加水平的增加，總能攝入量增加，消化能攝入量卻保持不變，這是由于糞便能量損失占總能攝入量的比例不受裸藻添加水平的影響。

在本研究中，大部分蛋白通過尿液的形式損失，結果表明，豆粕組可消化蛋白的損失較高，而隨著裸藻添加水平的增加則相反，這說明隨著日糧裸藻濃度的增加，可消化氮利用效率提高，這可能與裸藻中存在較高的脂肪濃度有關，可能滅活了瘤胃中的微生物活動，增加了消化道后段各種氨基酸的吸收。因此，即使對照組氮濃度較高，氮平衡也沒有顯著變化。相關研究表明，當為反芻動物提供脂肪補充劑時，原生動物數量的減少通常與瘤胃細菌氮循環的減少有關，這些作用有助于提高蛋白質在消化道下部的利用效率。Tandon等（2008）研究證實，日糧化合物（包括油）可以減少瘤胃發酵，避免瘤胃降解的蛋白流動，使蛋白質在酶消化后以氨基酸的形式吸收。

4 結論

在綿羊日糧中，用裸藻代替豆粕可以降低甲烷排放、能量損失，提高可消化氮的利用率，但對總體氮平衡和平均日增重無顯著影響。